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[摘 要]数字化矿山建设是采矿行业的一个崭新科技领域，也是矿山企业发展的重要科技途径，数字化矿山为矿山企业的生产、安全、管理提供了合理、高效、准确地解决方案。本文简要阐述了数字化矿山的建设作用和意义，以及实现数字化矿山系统的关键技术。
[关键词]数字化矿山 作用与意义 关键技术
中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0391-01
一、建设数字矿山的作用与意义
数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。数字化矿山建设以精细化管理为中心任务，在矿山技术、管理标准、规范、制度的建立与执行的约束环境下，建立矿山系统的数据库、三维地质信息模型、矿山地理信息系统、矿山安全监测系统、采矿技术、计划和设计服务系统、选矿工艺流程监控、管控系统、矿山生产经营管控系统，从而合理调配生产所需的各种资源，进行动态技术信息交流，及时改进测量、采矿、地质工作和生产管理过程中出现的不足和漏洞。各生产单位也可借助系统平台，根据生产现状科学合理地进行日常生产计划安排。
数字化矿山的意义主要体现在以下两个方面：
（1）改变矿山的生产方式，在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广阔的社会和经济效益，促进大型产业的增长，提供更多的产业机会、安全监测及决策管理服务等；
（2）为矿山科学技术的发展提供了强大的动力。使矿山规划管理具有更高的效率、更丰富的表现手法、更多的信息量、更高的分析能力和准确性，从而提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力，促进矿山的可持续发展。
二、数字化矿山的总体方案
数字化矿山的基本特征是以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CR）、科學计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模型拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。数字化矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化、智能化与高效安全开采，直至遥控采矿和无人采矿模式。
数字化矿山自下而上可分为以下七个主层次：
（1）基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。
（2）模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。
（3）模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。
（4）设计层。即计算机辅助设计层。
（5）执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。
（6）管理层。包括MIS与办公自动化。
（7）决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。
围绕数字矿山建设的具体目标和基本内容有：矿山地测信息系统、矿体三维模型展示系统、采矿技术、计划、设计系统、安全监测监控系统、工业电视监视系统、井下通风及风机监测系统、井下人员定位和管理系统、井下采矿实况仿真监视系统、矿压监测与分析系统、水文监测与分析系统、矿井火灾束管监测系统、输配电地理信息系统、智能化矿井通防系统、给排水地理信息系统、综合管线管理系统、安全管理系统、设备及物资、资产管理系统、矿山生产成本管理系统、系统集成平台建设、矿山综合管理系统等。
三、数字化矿山系统建设开发的关键技术
3.1 多维度矿山信息的组织与管理技术
生产调度系统是煤矿安全生产管理中的重要手段之一，在煤炭生产中发挥着非常重要的作用。生产调度与过程控制建立在综合通讯系统平台上，以实现对人员设备跟踪定位、设备运行状态控制以及视频监视系统和虚拟现实系统，实现对采矿生产调度与过程控制，只有建立了功能完善的生产调度与过程控制系统才可能实现危险作业场所遥控采矿和无人采矿。总体上采用关系数据库的复合关键字，构成整体信息的树形结构，进行关联组织与管理。
3.2 资源与开采环境可视化建模与评价技术
资源及开采环境可视化建模与评价主要实现两个方面的目标：一是资源评价，主要采用可视化建模方法和虚拟现实技术完成矿床模型的建立，用以表征矿床有用元素的空间分布情况和对资源状况进行科学合理的评价；二是开采环境评价，通过建模技术全面掌握矿床和岩层分布、岩体质量、构造特征、已有井下工程的分布状态等影响矿床开采的技术条件和关键工程指标。
资源及开采环境可视化模型是数字矿山建设的基础，只有完全掌握了矿床及井下开采环境情况，才能够为数字矿山的建设提供基础平台，数字矿山建设后续的通讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统、生产过程虚拟现实系统都需要以此为基础平台进行设计开发和系统运行。
3.3 矿山综合通讯技术
作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员的主要通信手段，井下无线通信系统保证了这些人员能够与生产调度室及时取得联系。它具有安装快捷，能在较短时间内形成局部移动通信系统的特点。系统能与矿井行政、生产通信系统实现组网，特别是当井下发生紧急情况时，可为井下提供能及时与地面联系的工具，对抢险的组织非常有帮助。井下/井上通信系统作为生产调度通信系统的补充在矿井生产安全等方面起重要作用，矿山综合通讯同一网络能够同时传输语音、图像、数据等各种信息，使语音、视频、数据三网合一。
四、结语
数字化矿山是一个科学、系统的概念，也是一种动态持续的过程，是符合适应建设信息化社会要求的矿山信息化的完整解决方案。数字化矿山实施的成功，将对我国煤炭资源行业实现结构优化重组和应对国际市场竞争的能力有着积极重要的作用。
数字化矿山技术正在进入一个新的飞速发展时期，计算机技术、微电子技术的不断突破给这一领域注入了新的活力。数字化矿山是另一个飞速发展的领域，全面推进信息化装备的应用，使矿山企业综合信息网络化、过程控制自动化、安全管理信息化、生产集约高效化，实现信息与业务之间完全融合、信息共享，将是数字化矿山发展的更高追求。
参考文献
[1] 吴立新.数字矿山技术[M]中南大学出版社，1989.
[2] 吴立新，殷作如，邓智毅，等.论21世纪的矿山——数字矿山[J].煤炭学报，2000，25（4）.
[3] 张海波，周贤伟.矿山信息安全——我国矿山信息化的关键[D].北京：北京科技大学，2006.
[4] 游珍.基于地理信息技术的“数字矿山”应用.
[关键词]数字化矿山 作用与意义 关键技术
中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0391-01
一、建设数字矿山的作用与意义
数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。数字化矿山建设以精细化管理为中心任务，在矿山技术、管理标准、规范、制度的建立与执行的约束环境下，建立矿山系统的数据库、三维地质信息模型、矿山地理信息系统、矿山安全监测系统、采矿技术、计划和设计服务系统、选矿工艺流程监控、管控系统、矿山生产经营管控系统，从而合理调配生产所需的各种资源，进行动态技术信息交流，及时改进测量、采矿、地质工作和生产管理过程中出现的不足和漏洞。各生产单位也可借助系统平台，根据生产现状科学合理地进行日常生产计划安排。
数字化矿山的意义主要体现在以下两个方面：
（1）改变矿山的生产方式，在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广阔的社会和经济效益，促进大型产业的增长，提供更多的产业机会、安全监测及决策管理服务等；
（2）为矿山科学技术的发展提供了强大的动力。使矿山规划管理具有更高的效率、更丰富的表现手法、更多的信息量、更高的分析能力和准确性，从而提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力，促进矿山的可持续发展。
二、数字化矿山的总体方案
数字化矿山的基本特征是以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CR）、科學计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模型拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。数字化矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化、智能化与高效安全开采，直至遥控采矿和无人采矿模式。
数字化矿山自下而上可分为以下七个主层次：
（1）基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。
（2）模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。
（3）模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。
（4）设计层。即计算机辅助设计层。
（5）执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。
（6）管理层。包括MIS与办公自动化。
（7）决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。
围绕数字矿山建设的具体目标和基本内容有：矿山地测信息系统、矿体三维模型展示系统、采矿技术、计划、设计系统、安全监测监控系统、工业电视监视系统、井下通风及风机监测系统、井下人员定位和管理系统、井下采矿实况仿真监视系统、矿压监测与分析系统、水文监测与分析系统、矿井火灾束管监测系统、输配电地理信息系统、智能化矿井通防系统、给排水地理信息系统、综合管线管理系统、安全管理系统、设备及物资、资产管理系统、矿山生产成本管理系统、系统集成平台建设、矿山综合管理系统等。
三、数字化矿山系统建设开发的关键技术
3.1 多维度矿山信息的组织与管理技术
生产调度系统是煤矿安全生产管理中的重要手段之一，在煤炭生产中发挥着非常重要的作用。生产调度与过程控制建立在综合通讯系统平台上，以实现对人员设备跟踪定位、设备运行状态控制以及视频监视系统和虚拟现实系统，实现对采矿生产调度与过程控制，只有建立了功能完善的生产调度与过程控制系统才可能实现危险作业场所遥控采矿和无人采矿。总体上采用关系数据库的复合关键字，构成整体信息的树形结构，进行关联组织与管理。
3.2 资源与开采环境可视化建模与评价技术
资源及开采环境可视化建模与评价主要实现两个方面的目标：一是资源评价，主要采用可视化建模方法和虚拟现实技术完成矿床模型的建立，用以表征矿床有用元素的空间分布情况和对资源状况进行科学合理的评价；二是开采环境评价，通过建模技术全面掌握矿床和岩层分布、岩体质量、构造特征、已有井下工程的分布状态等影响矿床开采的技术条件和关键工程指标。
资源及开采环境可视化模型是数字矿山建设的基础，只有完全掌握了矿床及井下开采环境情况，才能够为数字矿山的建设提供基础平台，数字矿山建设后续的通讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统、生产过程虚拟现实系统都需要以此为基础平台进行设计开发和系统运行。
3.3 矿山综合通讯技术
作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员的主要通信手段，井下无线通信系统保证了这些人员能够与生产调度室及时取得联系。它具有安装快捷，能在较短时间内形成局部移动通信系统的特点。系统能与矿井行政、生产通信系统实现组网，特别是当井下发生紧急情况时，可为井下提供能及时与地面联系的工具，对抢险的组织非常有帮助。井下/井上通信系统作为生产调度通信系统的补充在矿井生产安全等方面起重要作用，矿山综合通讯同一网络能够同时传输语音、图像、数据等各种信息，使语音、视频、数据三网合一。
四、结语
数字化矿山是一个科学、系统的概念，也是一种动态持续的过程，是符合适应建设信息化社会要求的矿山信息化的完整解决方案。数字化矿山实施的成功，将对我国煤炭资源行业实现结构优化重组和应对国际市场竞争的能力有着积极重要的作用。
数字化矿山技术正在进入一个新的飞速发展时期，计算机技术、微电子技术的不断突破给这一领域注入了新的活力。数字化矿山是另一个飞速发展的领域，全面推进信息化装备的应用，使矿山企业综合信息网络化、过程控制自动化、安全管理信息化、生产集约高效化，实现信息与业务之间完全融合、信息共享，将是数字化矿山发展的更高追求。
参考文献
[1] 吴立新.数字矿山技术[M]中南大学出版社，1989.
[2] 吴立新，殷作如，邓智毅，等.论21世纪的矿山——数字矿山[J].煤炭学报，2000，25（4）.
[3] 张海波，周贤伟.矿山信息安全——我国矿山信息化的关键[D].北京：北京科技大学，2006.
[4] 游珍.基于地理信息技术的“数字矿山”应用.